1.6自然界中的守恒定律 练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修一 1.6 自然界中的守恒定律
一、单选题
1．在港珠澳大桥建设过程中曾首次启用如图甲所示的“振华30轮”起重船试吊港珠澳大桥“最终接头”，先使“最终接头”的底部位于水面下方处，使之在水中保持静止约半个小时后再起吊，“最终接头”重新回到水面以上，成功完成“最终接头”从起吊、入水、出水的试吊作业。如图乙，“最终接头”可视为一个质量均匀分布、质量为的矩形重物，其长、宽、高分别为、、，当地海水密度为，重力加速度为，若起吊过程最终接头底面始终与水平面平行，忽略水的阻力，“最终接头”从底部位于水面下方处重新起吊使底部刚好回到水面，此过程中吊绳的拉力对“最终接头”至少做的功为（　　）
A． B．
C． D．
2．如图所示，一根原长为L的轻弹簧，下端固定在水平地面上，一个质量为m的小球，在弹簧的正上方从距地面为H处自由下落压缩弹簧。若弹簧的最大压缩量为x，小球下落过程受到的空气阻力恒为Ff，则小球下落过程中（　　）
A．小球动能的增量为mgH
B．小球重力势能的增量为mg（H＋x－L）
C．弹簧弹性势能的增量为（mg－Ff）（H＋x－L）
D．系统机械能减小量为FfH
3．如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到B，则在运动过程中（　　）
A．动能减少，势能增加 B．动能不变，势能增加
C．动能减少，势能不变 D．动能不变，势能减少
4．如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风速是6.0m/s，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为（　　）
A．2.7kW B．16.3kW C．27kW D．163kW
5．如图所示，在光滑水平面上A点处有一物块受水平恒力F的作用由静止开始运动，在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧，在物块与弹簧接触后的过程中（弹簧始终在弹性限度范围内）（ ）
A．物块接触弹簧后即做减速运动
B．当弹簧压缩量达到最大后，物块将保持静止不动
C．AO距离越大，物体速度最大处距O越近
D．AO距离越大，物体速度为零处距O越近
6．一质量为M的烟花斜飞到空中，到达最高点时的速度为，此时烟花炸裂成沿直线上的两块(损失的炸药质量不计) ，两块的速度沿水平相反方向，落地时水平位移大小相等，不计空气阻力。向前一块的质量为m，向前一块的速度大小为（　　）
A． B． C． D．
7．下列关于能量的认识中错误的是（　　）
A．能量是一个守恒量
B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量
C．物体对外做了功，它的能量一定发生了转化
D．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了
8．平板式集热器的箱面是玻璃，内表面涂黑，这是因为（　　）
A．黑色物体容易反射太阳光的能量 B．黑色物体容易吸收太阳光的能量
C．黑色物体的比热容大 D．黑色物体的密度大
9．如图所示是某城市广场水柱喷泉的夜景。从远处眺望，根据周围建筑估计水柱约有40层楼高；在近处观察，喷泉管口的直径约为10cm。请估算连接喷泉电动机的输出功率约（　　）
A．5×103W B．5×105W C．5×107W D．5×109W
10．如图所示为某探究活动小组设计的节能运动系统。斜面轨道倾角为30°，木箱质量为M，货物质量m=2M，木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下后返回。下列选项错误的是（　　）
A．卸下货物后木箱恰好被弹回到轨道顶端
B．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度
C．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，木箱和货物减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能
D．木箱上升的过程中，弹簧减少的弹性势能全部转化为木箱的机械能和系统的内能
11．民航客机的机舱一般都设有紧急出口，发生意外情况的飞机在着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成由同种材料构成的一个安全气囊，安全气囊由斜面和水平薄面组成，机舱中的人可沿斜面滑行到水平薄面上，示意图如图所示。若人从气囊上由静止开始滑下，人与斜面和人与水平薄面间的动摩擦因数均为0.5，斜面与水平面间的夹角为θ=37°，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力。要避免人与地面接触而受到伤害，则设计安全气囊时水平面和斜面的长度之比至少为(　　)
A．1：3 B．2：5 C．3：5 D．1：1
12．如图所示，一水平传送带始终保持恒定速率v沿顺时针方向运行，将一质量为m的物体轻放在最左端A处，物体先做匀加速直线运动，随后与传送带共速做匀速直线运动。则在整个过程中，下列说法正确的是（　　）
A．传送带对物体做的功大于
B．物体对传送带做的功为
C．传送带与物体间因摩擦产生的热量为
D．传送带因传送物体而多消耗的电能为
13．如图，一轻弹簧左端固定，右端连接一物块。弹簧的劲度系数为，物块质量为，物块与桌面之间的滑动摩擦因数为。重力加速度大小为。现以恒力（）将物块自弹簧原长位置开始向右拉动，则系统的势能最大时，弹簧的伸长量为（　　）
A． B． C． D．
14．下列关于能源的说法中，正确的是（　　）
A．二次能源是指可重复利用的能源
B．新能源是指新开发的能源
C．一次能源是直接来自于自然界的能源
D．石油是二次能源
15．某成年男子正在进行减肥训练，反复地将总质量为50kg的杠铃从地板举过头顶，他每分钟能够完成三个这样的动作。已知燃烧1g脂肪能提供39kJ的能量，其中有10%用于举杠铃的能量，忽略将杠铃放下时消耗的脂肪，那么减掉0.5kg脂肪所需时间约为（　　）
A．1.2h B．5.2h C．11h D．33h
二、填空题
16．如图甲所示，光滑水平面上有A、B两物块，已知A物块的质量mA=1kg，初始时刻B静止，A以一定的初速度向右运动．之后与B发生碰撞并一起运动，它们的位移-时间图象如图乙所示（规定向右为位移的正方向），则物体B的质量为________kg；损失的机械能为________J．
17．一质量为2kg的物体沿倾角为300的斜面从底端以初速度3m/s沿斜面向上滑去，滑至最高点后又返回，返回到底端时速度是1m/s，取重力加速度g=10m/s2，则物体上滑的最大高度为________m；物体与斜面间的摩擦因数μ为________，上升过程产生的内能为________J；返回低端瞬间的热功率为________W．
18．如图所示为“风光互补路灯”系统，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆有时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90％左右即停止，放电余留20％左右即停止电能输出。下表为某型号风光互补路灯系统配置方案：
风力发电机 太阳能电池组件
最小启动风速 1.0m/s 太阳能电池 36W
最小充电风速 2.0m/s 太阳能转化效率 15%
最大限制风速 12.0m/s 蓄电池 500Ah-12V
最大输出功率 400W 大功率LED路灯 80W-12V
当风速为6m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20％充至90％所需时间为_________h；如果当地垂直于太阳光的平面得到的太阳辐射最大强度约为240W/m2，要想使太阳能电池的最大输出功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要 _________ m2。
19．一颗子弹以400 J的动能射入固定在地面上的厚木板，子弹射入木板的深度为0.1 m，子弹射入木板的过程中受到的平均阻力Ff =_____N，此过程中产生的热量Q =_____J。
三、解答题
20．如图所示，一质量M=0.2kg的长木板静止在光滑的水平地面上，另一质量m=0.2kg的小滑块，以v0=1.2m/s的速度从长木板的左端滑上长木板。已知小滑块与长木板间的动摩擦因数μ1=0.4，g=10m/s2，问：
(1)经过多少时间小滑块与长木板速度相等？
(2)从小滑块滑上长木板，到小滑块与长木板相对静止，小滑块运动的距离为多少？（滑块始终没有滑离长木板）
(3)整个过程中产生的热量为多少？
21．如图所示，质量为M的木块置于光滑的水平台面上，质量为m的子弹以初速度水平向右射向木块，设木块对子弹的摩擦阻力为f，木块足够长，子弹留在木块中，求子弹打进木块的深度h．分别用牛顿第二定律和动量守恒定律解答，对比两种方法，哪种更便捷？
22．分析在地热发电、风力发电、太阳能光电池等发电方式中，发生的是什么样的能量转化。
23．如图所示，在水平面上放置一个质量M=1kg的长木板A，可视为质点的物块B放在木板A的最左端，其质量m=2kg。已知A、B间的动摩擦因数为，A与地面间的动摩擦因数为，开始时A、B均处于静止状态。某时刻B突然获得水平向右的初速度，g取。
(1)计算物块B获得速度后，开始向右运动时A、B加速度的大小；
(2)若物块B恰好不从A的右端滑出，计算此过程中A、B接触面因摩擦产生的热量；
(3)在(2)情形下，当物块B运动到木板A的右端时，立即在A上施加一个水平向右的拉力F=16N（图中未画出），计算物块B在木板A上运动的总时间。
24．如图所示，半径为R=0.8m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧右端固定在竖直挡板上，质量m=0.2kg的小物块（可视为质点）从空中A点以v空=1m/s的速度被水平抛出，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动到D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L=1m，小物块与水平面间的动摩擦因数，g=10m/s2，求∶
（1）小物块经过圆弧轨道上B点时速度vB的大小；
（2）小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道的压力大小；
（3）弹簧的弹性势能的最大值Emax。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
“振华30轮”把“最终接头”从底部距离水面下处刚好重新回到水面，则需要把“最终接头”的重心拉到水平面上，克服重力做功
WG=
从“最终接头”从底部距离水面下上升到上部在水面，浮力做功为
W浮=
从上部在水面到底部到水面，由于浮力与位移呈线性关系，该阶段平均浮力做功为
整个过程浮力做的总功为
“最终接头”底部位于水面下方处重新起吊使底部刚好回到水面，此过程中吊绳的拉力对“最终接头”至少做的功，对应为从重心到达水平面时的速度刚好为零的情况，即至少做的功为克服重力做的功和浮力做功的代数和，故
所以A正确；BCD错误；
故选A。
2．C
【详解】
A．根据动能定理可知，小球动能的增量为零，A错误；
B．小球重力势能的增量为－mg（H＋x－L），B错误；
C．由能量守恒，可知弹簧弹性势能的增量为（mg－Ff）（H＋x－L），C正确；
D．系统除重力与弹力做功外，还有空气阻力做负功，故系统机械能减小量为Ff（H＋x－L），D错误。
故选C。
3．B
【详解】
小车沿斜面从A点运动到B点，位置升高，势能增加；小车沿斜面匀速运动，速度大小不变，故小车的动能不变，故B正确，ACD错误。
故选B。
4．B
【详解】
依题意，空气把动能转化为电能，根据能量守恒定律有
又因为
两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率
故选B。
5．D
【详解】
A．物体与弹簧接触前做匀加速直线运动；物体与弹簧接触后，弹簧弹力不断增大，开始阶段弹簧弹力小于推力F，合力向右，加速度向右，物体做加速度不断减小的加速运动；当加速度减小为零时，速度达到最大；接下来物体由于惯性继续向右运动，弹力进一步变大，且大于推力，合力向左，加速度向左，物体做加速度不断变大的减速运动，当速度减为零时，弹簧压缩量最大，物块加速度最大，故A错误；
B．当弹簧压缩量达到最大后，物体的速度减为零，此时的加速度向左，物块将重新向左做加速运动，故B错误；
C．当物体速度最大处时，满足加速度为零，有
可知物体速度最大处与AO的距离无关，而由推力F和劲度系数决定，故C错误；
D．当物体速度为零时，由能量守恒定律可知推力F做的功转化为弹簧的弹性势能，则AO距离越大，能储存的弹性势能越大，弹簧的压缩量越大，即物体速度为零处距O越近，故D正确；
故选D。
6．C
【详解】
令向前一块的速度大小为v，由于爆炸后两块均在空中做平抛运动，根据落地时水平位移大小相等可知，爆炸后两块的速度大小相等方向相反，而爆炸过程系统动量守恒，令爆炸前的速度方向为正方向，则有
解得
故选C。
7．D
【详解】
A．能量是一个守恒量，选项A正确；
B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量，选项B正确；
C．功是能量转化的量度，物体对外做了功，它的能量一定发生了转化，选项C正确；
D．地面上滚动的足球最终停下来，是动能转化为其他形式的能了，能量并没有消失，选项D错误。
此题选择错误选项，故选D。
8．B
【详解】
AB．黑色物体容易吸收太阳的热，所以玻璃内表面涂成黑色，A选项错误，B选项正确；
CD．物质的比热和密度都跟物质的颜色没有关系，CD选项都错误；
故选B。
9．B
【详解】
取一层楼高3m，水从喷口喷出的速度由自由落体可得
则输出功率为
故选B。
10．C
【详解】
A．设弹簧压缩最大时的弹性势能为，由能量守恒得，下滑过程
上滑过程，到达最高点速度为v，上滑过程由能量守恒得
解得
即木箱恰好被弹回到轨道顶端，故A正确；
B．对木箱受力分析，根据牛顿第二定律得，下滑时加速度为
上滑时加速度为
故B正确；
CD．由能量守恒有，在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，木箱和货物减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能和系统的内能，上滑过程，弹簧减少的弹性势能全部转化为木箱的机械能和系统的内能，故C错误D正确。
故选C。
11．B
【详解】
设斜面长度为l，则人下滑高度为
在斜面上运动克服摩擦力做功为
设水平面长度为s，在水平面上运动克服摩擦力做功为
要避免人与地面接触而受到伤害，人滑到气囊末端时速度0，由能量守恒可得
代入数据得
故B正确。
故选B。
12．D
【详解】
A．由动能定理可得
则传送带对物体做的功为，A错误；
B．由运动学规律可得物体的位移为
由动能定理可得
传送带的位移为
物体对传送带做的功为
联立解得
B错误；
C．传送带与物体间因摩擦产生的热量为
C错误；
D．根据能量守恒定律可得
E电=Q+=mv2
传送带因传送物体而多消耗的电能为，D正确。
故选D。
13．C
【详解】
设弹簧的最大伸长量为x，由功能关系可得
解得
ABD错误，C正确。
故选C。
14．C
【详解】
A．二次能源是由一次性能源直接或间接转换而来的能源，不一定是可重复利用的能源，故A错误；
B．新能源是指新近才开始使用的可以重复使用的能源，故B错误；
CD．一次能源是直接来自自然界而未经加工转换的能源，如石油，故C正确，D错误。
故选C。
15．C
【详解】
减掉0.5kg脂肪提供的能量为
每分钟举杠铃的能量
由题意可知
故选C。
16． 3 6
【详解】
[1]由图知，碰前A的速度为：
m/s
B的速度为0，碰后两者共速，则速度为：
m/s
两物体碰撞过程动量守恒，以A的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：
代入数据解得：
kg
[2]由能量守恒定律得：
解得损失的机械能：
J．
17． 0.25 4 8
【详解】
上升高度h与斜面距离s满足：s= =2h①
由动能定理，
上升过程mgh+f×s= ②
下滑过程mgh f×s= ③
由①②③联立可知h=0.25m；
摩擦力f=μmgcos30 ，
由此可求得动摩擦因数为μ=；
整个过程产生的内能Q=-=8J，所以上升过程产生的内能为4J；
返回低端瞬间的热功率为P=fv2=8w.
【点睛】
分上下两个过程进行分析，上升过程重力和摩擦力做负功，下降过程重力做正功，摩擦力做负功，由动能定理即可求解上升的高度；进而求出摩擦系数和摩擦力的大小；整个过程产生的内能等于初、末状态减小的动能，上升过程和下滑过程产生的内能相等；返回低端瞬间的热功率等于摩擦力做功的功率．
18． 84 1
【详解】
[1][2]电池的容量为500Ah-12V，则将蓄电池的电量由20％充至90％所输入的电能
需要的时间
设太阳能电池板的面积至少要S，则
解得
S=1m2
考点：电功率
19． 4000 400
【详解】
[1][2]过程中阻力做负功，动能全部转化为内能，根据动能定理可得
解得
20．(1)0.15s；(2)0.135m；(3)0.072J
【详解】
(1)分析小滑块的受力，由牛顿第二定律有
分析长木板的受力，由牛顿第二定律有
设经过时间t两者速度相同
，，
代入数据，联解可得
t=0.15s
(2)小滑块做匀减速运动，末速度为
(3)由能量守恒可知，整个过程中产生的热量系于系统损失的动能
21．；用动量守恒定律解答更便捷
【详解】
解法1：
由动量守恒定律可知
由能量关系可知
解得
解法2：
子弹的加速度
木块的加速度
当达到共速时
解得
则打入的深度
对比两种方法，用动量守恒定律解答更便捷。
22．在地热发电中，是热能转化为电能；风力发电中是机械能转化为电能；太阳能光电池是光能转化为电能。
【详解】
在地热发电中，是热能转化为电能；风力发电中是机械能转化为电能；太阳能光电池是光能转化为电能。
23．(1)，4m/s2；(2)36J；(3)4s
【详解】
(1)根据牛顿第二定律，物块B开始向右运动时
解得
aB=4m/s2
对A受力分析，由牛顿第二定律得
解得
(2)开始运动后，B做匀减速运动，A做匀加速运动，当两者速度相等时，B恰好滑到A的右端。设此时它们的共同速度为v，经历的时间为t，由速度关系有
解得
由位移关系有
解得
A、B接触面因摩擦产生的热量为
(3)在A上施加拉力F后，A继续向右加速，A的速度将大于B，B受到的摩擦力反向，也改为向右加速。由牛顿第二定律对A有
解得
对B有
解得
设经过时间t′，物块B从左端离开A，由位移关系有
解得
物块B在木板A上运动的总时间为
24．（1）2m/s；（2）9N；（3）2J
【详解】
（1）小物块恰好从B点沿切线方向进入轨道，据几何关系有
（2）小物块由B运动到C，根据机械能守恒定律有
在C点处，根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律，小物块经过圆弧轨道上C点时对轨道压力大小为9N；
（3）小物块从B运动到D，根据能量守恒定律有：
代入数据解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页